СУДОСТРОЕНИЕ
СО
о
=Д
и
о
о
МАЛОГАБАРИТНАЯ СТАНЦИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ
Ю. М. Вишняков, канд. техн. наук; С. П. Малышев;
В. М. Пчелинцев, канд. техн. наук; В. Г. Хорошев, докт. техн. наук
(ГНЦ ЦНИИ им. академика А. Н. Крылова) удк 623.827.002.8:621.039.7
В процессе эксплуатации и ремонта корабельных атомных энергетических установок (АЭУ) образуются жидкие радиоактивные отходы (ЖРО), являющиеся потенциальными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды.
Анализ схемы обращения с радиоактивными отходами, образующимися при эксплуатации судов с АЭУ Мурманского морского пароходства, показывает, что сбор, транспортировка и перегрузка ЖРО сопровождаются многократным их переливом в промежуточные емкости судов атомно-тех-нического обслуживания, что не исключает смешивания различных видов отходов, их пролива, а также накопления во вспомогательных емкостях. Существующая технология не обеспечивает высоконадежной изоляции ЖРО от окружающей среды в процессе сбора и перегрузки и, кроме того, приводит к образованию трудноперерабатываемых ЖРО, подчас с неизвестным радиохимическим составом.
Повышение надежности имеющихся технических средств и совершенствование системы документального учета передаваемых ЖРО не позволяют существенно повысить безопасность сбора и транспортировки отходов, поскольку не исключают участия в принятой технологии людей, действия которых часто и приводят к возникновению аварийных ситуаций.
Таким образом, решение данной проблемы связано с принципиальным изменением технологии обращения с радиоактивными отходами — полным исключением и операций сбора, хранения и транспортировки радиоактивных отходов с атомных судов в жидком виде. Цель может быть достигнута только в том случае, когда переработка ЖРО в твердые отходы (ТРО) производится непосредственно в месте их образования, после чего последние передаются в компактной форме на береговые специализированные предприятия временного хранения и переработки.
Поставленная задача практически может быть решена при использовании малогабаритной высокопроизводительной станции, обеспечивающей переработку различных видов жидких отходов — контурных и промывочных вод, отработанных дезактивирующих растворов — непосредственно на борту судна с АЭУ.
Сослав и состояние радионуклидов в ЖРО судовых АЭУ. Анализ источников образования и состава ЖРО с учетом принятого на флоте порядка дренажа теплоносителей технологических контуров, включающего выдержку контурных вод (примерно один месяц) для обеспечения гарантированного расхолаживания ядерного реактора и снижения активности радиоактивных отходов вследствие практически полного распада короткоживущих радионуклидов (1311, 1061^Ь и др.), показывает, что эти источники можно разделить на три группы: две основные (I и II) и одну дополнительную (III), формирующуюся при возникновении и ликвидации нештатных и аварийных ситуаций на судне.
Как видно из табл. 1, основную массу ЖРО (I группа — до 80% от общего количества отходов) составляют радиоактивные бессолевые воды 1 и 3-го контуров АЭУ, содержащие токсичные технологические кор-рекционные присадки (аммиак и гидразин) с концентрацией до 300 мг/л. Активность ЖРО этой группы находится в пределах 10-3— 10-7 Ки/л, причем основную долю составляет изотоп 137Сэ, поступающий в теплоноситель в результате нарушения герметичности оболочки тепловыделяющих элементов. На верхней границе этого диапазона концентрация цезия находится на уровне 8 мкг/л, а кобальта — около 0,2 мкг/л. К этой же группе ЖРО относятся промывочные воды штатных ионитовых фильтров 1 и 3-го контуров.
Относительный вклад продуктов деления и активации конструкционных материалов оборудования 1 и 3-го контура, присутствующих в теплоносителе, представлен в табл. 2.
Вторую по величине группу (до 20% от общего количества ЖРО) составляют отходы, хранящиеся в судовых цистернах сточных вод и являющиеся смесью отработанных растворов дезактивации внутренних поверхностей коммуникаций 1-го контура, оборудования, помещений, инструментов. В эти же цистерны сбрасываются сточные воды санпропускников, спецпрачечных и т. д. Удельная активность II группы ЖРО находится в диапазоне 10-5—10-8 Ки/л. Перечисленные отходы имеют повышенное солесо-держание — до 8 г/л и обычно загрязнены нефтепродуктами (до 5 мг/л) и разнообразными детергентами (до 400 мг/л), применяемыми в процессе дезактивации. В их со-
СУДОСТРОЕНИЕ 3'WV
РЕМОНТ V) МОДЕРНИЗАЦИЯ СУДОВ
Таблица 1
Источники образования и состав жидких радиоактивных отходов судов с АЭУ
Тип ЖРО. Место сбора на судах
Химический состав ЖРО I группа Дренируемые и промывочные воды технологических контуров. Цистерны и мон-жусы дренажных вод II группа Смесь дезактивационных растворов, воды санпропускников и спецпрачечных. Цистерны и монжусы сточных вод III группа Загрязненная морская вода при аварийных ситуациях на судне. Вспомогательные цистерны и монжусы, емкости сточных или
дренажных вод
рН 6,5 — 11 7—10 6—7
Содержание растворенных солей, г/л 0,02—0,07 6—8 7—20
Нерастворимый осадок, г/л — 0,3—0,5 0,5—1,2
Плотный остаток, мг/л 5—10 — —
Гидразин-гидрат, мг/л 100—200 — —
Аммиак, мг/л 10—150 40—60 —
Трилон Б, мг/л — 50—150 —
Хлориды, г/л — 0,05—0,45 До 7
Нитраты, г/л — 0,05—0,15 1,7—3,4
Сульфаты, г/л — 0,05—0,15 0,2—0,4
Фосфаты, г/л — 0,05—0,15 0,1—0,2
Соли щавелевой кислоты, мг/л — 50—150 200—500
ПАВ, мг/л — 200—400 —
Нефтепродукты, мг/л — 3—5 3—5
Удельная активность, Ки/л 10"3—10"7 10"5—10"8 10"5—10"6
137Сз, % 60—80 70—80 15—60
90Бг, % 5—10 10—15 5—30
60Со и другие активные изотопы, % 10—20 1—5 1—8
Доля от общего количества отходов, % 80 20 —
Примечание. Ku — кюри — внесистемная единица радиоактивности. 1 Ku = 3,7 ■ 1010 Бк.
ставе велико и содержание нерастворимых взвесей (до 0,5 г/л). Существенный вклад в суммарную активность вносят изотопы — продукты активации конструкционных материалов оборудования контуров АЭУ (58Со, 59Со, ЯМп, 5^е, 51Сг, 64Си).
К третьей группе ЖРО относятся радиоактивные воды, образующиеся при нештатных ситуациях (в том числе и по вине персонала) и обычно представляющие собой загрязненную морскую воду.
Одним из основных факторов, который необходимо учитывать при разработке технологии очистки ЖРО, является физико-химическое состояние радионуклидов и фазо-во-дисперсный состав отходов.
В ЖРО подлежащие удалению примеси находятся: в грубодисперс-ном состоянии — обычно нефтепродукты, а также часть продуктов коррозии — нерастворимые комплексы изотопов кобальта, реже циркония и ряд других; в коллоидном — окси-соединения железа, алюминия, часть радионуклидов кобальта, марганца, церия, хрома; в растворенном — в основном изотопы цезия и стронция, а также растворимые соединения изотопов кобальта, марганца, коррекционные присадки (аммиак и гидразин).
К числу основных факторов, определяющих состояние и форму нахождения радионуклидов в растворе, относится величина рН (рис. 1). Как видим, цезий и стронций во всем диапазоне кислотности ЖРО находятся в ионной форме, а кобальт при величине рН > 7,5 присутствует в виде коллоидов. В нейтральной по кислотности воде 3-го контура АЭУ основные радионуклиды находятся в виде ионов. Таким образом, основная доля радионуклидов ЖРО I группы, включающих, в основном, воды технологических контуров, обусловлена ионной составляющей и может быть удалена ионообменными фильтрами. Увеличение кислотности растворов этой группы (см. рис. 1) способствует росту доли ионной формы нахождения радионуклидов в растворе и, соответственно, повышению эффективности очистки контурных вод.
Отходы II группы представляют смесь отработанных нейтрализованных дезактивационных растворов, в основном содержащих соли азотной, щавелевой и фосфорной кислот, моющие средства, нефтепродукты, комплексные соединения ме-
таллов и неотработанные комплексо-ны. В результате смешения и взаимной нейтрализации отработанных кислотных и щелочных дезактивационных растворов, содержащих неорганические и органические продукты взаимодействия последних с коррозионными отложениями, образуются взвеси различной степени дисперсности. Радионуклиды 137Сз и 90Б г в нейтральной или слабо щело-
Таблица 2
Вклад продуктов деления и активации конструкционных материалов оборудования в активность дренируемых и промывочных вод 1 и 3-го контура судовых АЭУ
Радионуклид Основной вклад в суммарную активность, %
137Cs 134Cs 89Sr, 90Sr 60Co 54Mn 141Ce, 144Ce 95Zr, 95Nb 55—70 5—10 5—10 4—10 3—6 3—4 Менее 1
Примечание. Суммарная активность радионуклидов 51Сг, 55Fe, 140Ba и других не превышает 1%.
чной среде жидких радиоактивных отходов II группы находятся в ионном состоянии и преимущественно не сорбированы вышеуказанными осадками. Удельная активность радионуклидов 137Сз и 90Бг, как правило, не превышает 10-7 и 2-10-7 Ки/л, соответственно.
Радионуклиды — продукты активации коррозионных отложений конструкционных материалов технологических контуров АЭУ (54Мп, 60Со, 5^е, 957г, БЬ) — находятся в растворах ЖРО в виде гидролизующих-ся соединений, состав которых зависит от состава растворов, применявшихся для дезактивации. Количественно растворимые и нерастворимые формы, например радионуклида 60Со, распределены примерно поровну, и удельная активность каждой составляет около 3-10-8 Ки/л. Удельная активность остальных радионуклидов не превышает 10-7 Ки/л.
Таким образом, сложившаяся ситуация определяет направление разработки технологии обезвреживания ЖРО, которая, в первую очередь, должна быть ориентирована
Р1М0НТ И МОДЕРНИЗАЦИЯ СУДОВ
СУДОСТРОЕНИЕ
Радионуклид Величина рН
1 2 3 4 5 6 9 I»
ЦЙИЙ
Йод
Стронций
Марганец Л
Кобальт 3
Жслето т
Иттрий
Лантан
Церий ИИ
Цирконий с; * Шс
Ниобий 1 5 '■
Рис. 1. Диаграмма состояния радионуклидов в теплоносителе 1 и 3-го контуров судовых АЭУ в зависимости от величины РН:
I I ионная форма:Г I переходная форма:Г I коллоидная форма
на обезвреживание отходов I группы, как наибольших по объему и более акт
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.